论文总字数：21824字

摘 要

四旋翼无人飞行器是通过改变四个对称分布的旋翼转速来调整飞行器的姿态，具有机动性好，运行安全的优点，在军事、工业和生活中有非常广泛的应用，尤其是在自然灾害发生时，四旋翼无人飞机能准确、及时地反映出现场情况。本文所研究的控制算法是四旋翼无人飞行器的重要组成部分，能够决定飞行器的性能好坏。

本文基于无刷无感直流电机的工作原理，利用TMS320F2812芯片和自己改进的驱动板，结合PID的控制算法，对自己改进的驱动板进行检测以及调节电机的转速。在程序上本文使用C语言编程实现了DSP2812芯片的PWM波形的产生，无刷无感直流电机驱动电路的自检，启动、过零点检测换相之后的调节速度和PID控制算法功能。

实验结果表明，改进的驱动板可以正常使用，并且可以利用PID算法调节来改变PWM波形的占空比，从而进行调速。

关键词：无刷无感直流电机 TMS320F2812 PID控制

Abstract

Four symmetrical four rotor unmanned aerial vehicles is by changing the distribution of the rotor speed to adjust the attitude of the aircraft, has good mobility, the advantages of safety, in the military, industrial, and life has a very wide application, especially in the natural disasters occur, four rotor aircraft can accurately and timely reflect the site conditions. This paper studies the control algorithm is an important part of the four rotor unmanned aerial vehicles, decide the performance of the aircraft.

In this paper, based on the working principle of the non-inductive brushless dc motor using TMS320F2812 chip and their improvement driven plate, combined with PID control algorithm, to test the driver board and adjust the speed of motor. On the program in this paper, using C language programming to achieve the DSP2812 chips PWM waveform generation, non-inductive brushless dc motor drive circuit of self-inspection, commutation after startup, zero crossing detection speed regulating function and PID algorithm.

The experimental results show that the improved driver board can be normal use, and adjust the PID algorithm can be used to change the duty ratio of PWM wave, and speed.

Keywords: Brushless DC Motor without position ; TMS320F2812; PID control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题来源及研究内容 1

1.3 国内外的研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 3

1.4 本文所做的工作 3

第二章 DSP芯片有关器件的介绍 4

2.1 DSP电调控制器的介绍 4

2.1.1 事件管理器模块 4

2.1.2 ADC模块 6

2.1.3 IO模块 7

第三章 无刷无感直流电机控制算法实现 8

3.1 无刷无感直流电机的基本结构和特点 8

3.2 无刷无感直流电机的工作原理 8

3.3 无刷无感直流电机的控制思想 9

3.3.1 转子位置检测 9

3.3.2 PWM波形的产生与改变 10

3.2 PID算法的软件实现思想 12

第四章 控制系统软件设计 15

4.1 程序设计思想 15

4.2 主程序的设计 15

4.3 PWM波形产生和改变程序的设计 16

4.3.1 PWM波形的产生 16

4.3.1 PWM波形的改变 18

4.4 自检程序的设计 18

4.4.1 检测六个MOSFET的短路特性 20

4.4.2 检测A 、B 、C 的导通特性 20

4.4.3 检测A-、B-、C-的导通特性 21

4.4.4 AD采样 21

4.5调速程序的设计 23

4.5.1 增速和减速 23

4.5.2 接受指令调速 24

4.6 调试 25

第五章 总结与展望 27

5.1 总结评价 27

5.1 展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第一章 绪论

1.1 引言

四旋翼无人飞行器（Quadrotor）是新型的一款由四个相互独立的无刷无感直流电机控制的小型没有人驾驶的飞行器，可以通过无线传输来控制它的状态，可以在飞行器上加上一些拍摄的装置，来拍摄一些人们拍摄不了的东西。

四旋翼无人飞行器的应用随处可见，不但在军事上常见，在生产、生活中也常见它的身影，概括来讲，一般可以体现在以下这四个方面，一是在政府应急处理指挥突发情况领域，当发生自然灾害时，四旋翼飞行器可以快速准确地把现场情况发送到指挥部，帮助救援工作；二是生产及运行安全监管领域，如勘察环境复杂或人难以到达的地方。三是公共安全领域，如当人流较多时，可以利用四旋翼无人飞行器拍摄现场情况，四是军事领域^[1,2]。

随着四旋翼无人飞行器在各个方面，各个领域的广泛应用，人们对它的要求也越来越高，比如能否及时接收到指令，能否准确按照指令进行调整速度，以及遇到突发情况时自我调整的可靠性等，这些要求很大程度上与四旋翼无人飞行器的控制系统有关，因此人们一直在努力研究着一个性能完整、运行可靠的控制系统。由于四旋翼无人飞行器有着没有人驾驶这个原因，因此必须要有一个能自动进行控制的系统来及时对它进行自我调节，PID控制器在这方面有很好的应用，它是一种线性控制器，它的关键是利用输入值与实际值差值作输入量，进行调节。

1.2 课题来源及研究内容

电机（Electric machinery），在生活中常称为马达，它是一种电磁设备，是通过英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第发现研究提出来的电磁感应定律来进行转换、传递电能。随着电机行业的不断发展，电机已成为现在随处可见的东西，比如生活中的电瓶车、剃须电动刀、吹风机、风扇等，工业生产中的大排水站用排水水泵，煤矿用大型空压机等。

电机的种类有很多，按照不同的方法可以有不同的分类，但是一般主要可以分为直流电机、交流电机、步进电机、传感电机这四种类型。与交流电机相比，直流电机在启动和调速方面有优势，而直流电机相比于步进电机有较大的转矩，能更好地带动电机转动。

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